Tahukah kalau bukan hanya manusia saja yang mengalami kelelahan. Besi, baja, dan Alumunium juga bisa merasa lelah. Dalam ilmu material, terdapat kondisi kelelahan material. 

Kelelahan material biasanya ditandai dengan retakan yang akhirnya merambah ke seluruh permukaan. Retakan yang merambah akhirnya membuat material terdeformasi, gampangnya patah.

Kelelahan material seperti orang kena saraf kejepit, tidak terdeteksi namun baru kerasa sakit di kemudian hari. Oleh sebab itu, material perlu diuji usia penggunaannya sampai mengalami kelelahan. Caranya dengan melakukan uji kelelahan. 

Definisi uji kelelahan

Uji kelelahan atau fatigue test merupakan proses yang terjadi dimana spesimen benda kerja berfluktuasi di bawah yield strength secara repetitif. Mekanisme ini mulai dari permukaan material melemah dan merambat ke seluruh permukaan. Dengan begitu, hasil akhir dari pengujian ini adalah material akan patah dengan sendirinya. 

Proses material patah dapat terjadi secara catastrophic atau dadakan tanpa mengalami deformasi plastis. Oleh sebab itu, uji kelelahan adalah cara untuk menguji kelelahan struktur material. Langkah uji kelelahan terdiri dari memulai retakan dan perambatan retakan. 

Tujuan uji kelelahan

Sesuai namanya, uji kelelahan bertujuan untuk mengetahui umur dari kelelahan material. Darimana tahunya, Anda dapat melihatnya dari retakan pertama dalam proses kelelahan. 

Uji kelelahan biasanya dilakukan untuk mengetes kualitas poros dan roda gigi. Tidak hanya peralatan mekanik saja, struktur bangungan juga dapat dilakukan uji kelelahan. Contohnya adalah kapal., jembatan, maupun pesawat terbang. 

Faktor yang mempengaruhi kelelahan material

Umur kelelahan material akan habis seiring dengan munculnya pre-existing pada retakan. Tentu bukan hal mudah untuk memprediksi umur kelelahan suatu material. Namun, ada beberapa faktor yang dapat menjadi tolak ukur umur lelah material, yaitu 

• Kondisi material yang digunakan untuk pembangunan
• Proses pengerjaan struktur
• Bentuk dan ukuran komponen yang digunakan
• Temperatur
• Kondisi lingkungan

Metode uji kelelahan

Pengujian kelelahan sangat ditentukan dari abgaianaga gaya bekerja pada spesimen benda uji. Ini dapat diklasifikasi menjadi tiga metode yaitu aksial, bend, dan torsi

Lentur berputar (rotary bending fatigue test)

Pengujian spesimen berlaku untuk komponen yang menerima beban radial seperti poros. Pengujian ini ditujukan untuk material logam.

Secara umum, pengujian ini dilakukan pada daerah siklus tinggi di bawah tegangan bukti. Persisnya antara tegangan dan jumlah siklus putus atau diagram S-N.

Pengujian kelelahan tarik/kompresi siklus tinggi (High cycle fatigue testing)

Walaupun ada unsur menarik, pengujian ini tidak sama dengan uji tarik. Pengujian ini dirancang untuk penggunaan di bawah tegangan tahan bahan.

Pengujian kelelahan siklus tinggi adalah metode standar untuk memperoleh data kekuatan kelelahan material. Dilakukan pada daerah siklus tinggi di bawah tegangan bukti, dan hubungan antara tegangan dan jumlah siklus diperoleh melalui diagram (S-N)

Pengujian kelelahan tarik/kompresi siklus rendah (Low cycle fatigue testing)

Pengujian untuk untuk mencari tahu umur kelelahan spesimen akibat tegangan lokal yang melebihi tegangan tahan bahan. Area sekitar daerah konsentrasi tegangan seperti anak tangga besar kemungkinan mengalami tegangan tersebut. Akibatnya akan mengalami deformasi plastis.

Kekuatan lelah siklus lebih rendah pada temperatur tinggi dibutuhkan untuk merancang bilah turbin, pipa, dan bejana tekan. Hubungan metode ini antara rentang tegangan dan siklus kegagalan (ε – N).

Pengujian kelelahan lentur bidang

Pengujian kelelahan lentur bidang dilakukan pada komponen pelat tipis yang menerima beban lentur. Contoh nyatanya adalah pelat baja mobil. Tidak hanya baja saja, namun bahan non ferrous dan plastik .

Secara umum, pengujian ini dilakukan pada daerah siklus tinggi di bawah tegangan bukti, yang memiliki hubungan antara tegangan dan jumlah siklus kegagalan (diagram S-N).

Pengujian kelelahan termal

Perubahan suhu membuat komponen berkontraksI secara bebas yang melahirkan tegangan. Dalam suhu ratusan derajat Celcius, spesimen benda uji terjadi fluktuasi tegangan termal pada material yang membuat patah.

Pengujian kelelahan termal diterapkan pada komponen yang mengalami perubahan suhu seperti pada komponen mesin, pipa untuk fluida bersuhu tinggi, dan bilah turbin. Hasilnya akan terlihat dalam hubungan perubahan suhu dan jumlah siklus terhadap kegagalan. 

Pengujian kelelahan torsi

Pengujian ini berlaku untuk spesimen benda kerja yang menerima beban puntir. Contohnya pada mesin kendaraan, turbin, dan poros untuk meneruskan tenaga torsi putar. 

Pengujian ini dilakukan pada wilayah siklus tinggi di bawah tegangan bukti yang menunjukan gambar hubungan tegangan dan siklus terhadap kegagalan (Diagram S-N).

Manfaat Uji kelelahan

Uji kelelahan memiliki manfaat sebagai berikut

• Mencegah atau memperlambat kerusakan material
• Mengetahui batas lelah atau tahanan suatu material
• Mengetahui perilaku material ketika menerima beban dinamik
• Mengetahui umur material serta kekuatannya
• Sebagai salah satu persyaratan apakah komponen tersebut layak digunakan sebagai bahan produksi

Uji kelelahan menjadi salah satu pengujian yang dilakukan oleh perusahaan manufaktur untuk mengetahui daya tahan materialnya. Memberi perlakuan repetitif untuk mellihat titik keretakan awal sampai pada akhirnya material patah. 

Dengan data tersebut, produk manufaktur dapat dipantau kualitas dan umurnya sehingga penggantian suku cadang dapat dilakukan sebelum material mengalami kelelahan. Penjelasan lengkap terkait produk manufaktur dan pengujiannya dapat kamu temukan melalui Perancangan dan Pengembangan Produk Manufaktur.

Tingkatkan pemahaman dan skill sesuai dengan industri kamu bersama Anak Teknik Indonesia secara mandiri atau secara kolektif dengan mengundang praktisi di industri.